天然產(chǎn)物活性化合物抗SARS-CoV研究

任 建 敏

(重慶工商大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院， 重慶 400067)

0 引 言

冠狀病毒(CoVs)可追溯到20世紀(jì)40年代，導(dǎo)致許多動物與人在內(nèi)的急性和慢性呼吸、腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。人類冠狀病毒(HCoVs)作為輕度呼吸道感染病原體，首先被確認(rèn)是20世紀(jì)60年代，這些HCoVs被命名為HCoV-229E和HCoV-OC43[1]。

20世紀(jì)70年代以來，病毒學(xué)家對CoVs的復(fù)制和發(fā)病機(jī)制進(jìn)行了積極研究，到目前已認(rèn)定7種HCoVs，即HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS-CoV)、中東呼吸綜合征(MERS-CoV)和SARS-CoV-2[2]。

分子進(jìn)化分析表明:所有HCoVs均起源于動物。SARS-CoV、MERS-CoV、HCoV-NL63和HCoV-229E來自蝙蝠；HCoV-OC43和HCoV-HKU1來源于嚙齒動物[3]。

在發(fā)現(xiàn)SARS-CoV之前，HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63和HCoV-HKU1已在人類普遍存在，約占普通感冒的三分之一，通常與輕度自限上呼吸道感染相關(guān)[2]。然而，在老年人和免疫功能低下的個體包括正在接受化療和艾滋病患者中，HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoVHKU1和HCoV-NL63亞型，因?qū)е路窝缀椭夤苎孜＜吧?/p>

SARS-CoV是高度傳染性的呼吸道感染，通常是致命的。2002-11—2003年，SARS-CoV在全球流行，死亡率為10%～15%。SARS-CoV是鏈長約29.7 kb的的正鏈單股RNA病毒[4]。2013年，MERS-CoV在中東地區(qū)引發(fā)疫情，2015-05～06月在韓國發(fā)生重大疫情，死亡率為35.5%[5]。

雖然SARS-CoV疫情已被控制多年，但在2019年底至2020年初，武漢市華南海鮮批發(fā)市場發(fā)現(xiàn)多例新型CoVs感染病例[6]。人際傳播顯示常見癥狀如發(fā)燒、疲勞、干咳、呼吸短促和肺炎[7]。新型CoVs被國際病毒分類學(xué)委員會命名為SARS-CoV-2[8]。研究發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2與SARS-CoV和MERS-CoV密切相關(guān)，與SARS-CoV基因組約有70%～80%相同，是一種新的高傳染性、致命性HCoVs，其傳播現(xiàn)已導(dǎo)致全球大流行[9]。

1 SARS-CoV作用機(jī)制與應(yīng)對辦法

SARS-CoV 通過飛沫等進(jìn)入肺泡上皮細(xì)胞，病毒刺突蛋白與宿主細(xì)胞表面細(xì)胞受體血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2 (ACE2)粘附，誘導(dǎo)病毒包膜蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，介導(dǎo)SARS-CoV與宿主細(xì)胞膜融合[10]。病毒感染導(dǎo)致細(xì)胞代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)改變，促進(jìn)病毒復(fù)制，引起宿主機(jī)體內(nèi)免疫應(yīng)答，產(chǎn)生過多細(xì)胞因子，形成細(xì)胞因子風(fēng)暴，引發(fā)炎癥，導(dǎo)致肺損傷、急性呼吸窘迫綜合征和多器官衰竭甚至死亡[11]。SARS-CoV-2 較SARS-CoV，其刺突蛋白與人體ACE2受體的親和力高10倍以上，使SARS-CoV-2更易以驚人的速度在人際間傳播[12]。

世界衛(wèi)生組織表述，目前尚無有效的疫苗或抗病毒藥物來預(yù)防或治療SARS-CoV-2，支持和非特異性治療，是改善患者SARS-CoV-2癥狀的主要選擇。許多已知的抗病毒藥物如洛匹那韋、地瑞那韋、奧司他韋、瑞德西韋等，用來抵抗SARS-CoV-2，以及一些其它藥物如氯喹、羥氯喹、阿奇霉素、托珠單抗、interpheron -β等也被應(yīng)用于SARS-CoV-2病人或臨床試驗[13]。

鑒于2002—2003年中醫(yī)藥或天然藥物用作輔助治療SARS-CoV重癥病例的經(jīng)驗[14]，我國SARS-CoV-2感染患者超過85%使用了中醫(yī)藥治療[15]。

國內(nèi)外大量研究表明，許多藥用植物、海洋生物和真菌等天然產(chǎn)物，有調(diào)控病毒識別進(jìn)而抑制病毒進(jìn)入、復(fù)制，可作為不同病毒的有效抑制劑[16]。還能減少宿主促炎細(xì)胞因子，提高免疫能力，預(yù)防病毒傳播，甚至減緩由于病毒基因高突變引起的耐藥性，為抗SARS-CoV-2藥物的尋找與開發(fā)提供了令人鼓舞的前景。

2 抗SARS-CoV天然化合物

2.1 凝集素與寡肽

凝集素是識別和結(jié)合特異碳水化合物的蛋白質(zhì)，通過與病毒表面特有的糖基化作用，能識別SARS-CoV刺突蛋白[17]。Keyaerts等[10]發(fā)現(xiàn)甘露糖特異性植物凝集素具有強(qiáng)大的抗SARS-CoV活性。從韭菜中分離得到甘露糖特異性植物凝集素，是抑制SARS-CoV誘導(dǎo)細(xì)胞病變最有效凝集素之一。蕁麻和煙草植物分離的N -乙酰葡萄糖胺特異性凝集素，對SARS-CoV也有顯著的抑制活性[18]。

藻類的許多凝集素有抗病毒活性。griffithsin是121個氨基酸的紅藻衍生凝集素，有高效廣譜抗病毒作用，能與SARS-CoV包膜上N -糖基化位點末端甘露糖殘基有效結(jié)合，抑制病毒進(jìn)入[19]。

一些寡肽如亮抑酶肽(圖1(1))，是放線菌產(chǎn)生的蛋白酶抑制劑，能抑制半胱氨酸、絲氨酸和蘇氨酸肽酶。亮抑酶肽可有效抑制SARS-CoV進(jìn)入宿主細(xì)胞，抑制SARS-CoV驅(qū)動的病毒-細(xì)胞融合[20-21]。從放線菌中分離的oligopeptide antipain (圖1(2))，是胰蛋白酶和木瓜蛋白酶抑制劑，可阻斷SARS-CoV進(jìn)入宿主細(xì)胞[22]。

2.2 蒽醌類

蒽醌類常存在高等植物和低等植物地衣類和菌類中。大黃素如1,3,8-三羥基-6-甲基蒽醌(圖1(3))和1,8-二羥基-3-羧基-9,10-蒽醌，是大黃、唐古特大黃、虎杖、何首烏、蘆薈、決明子等藥用植物的活性成分[23]。

研究發(fā)現(xiàn)，大黃素通過與刺突蛋白結(jié)合，阻斷病毒進(jìn)入，干擾SARS-CoV 糜蛋白酶樣蛋白酶(3CLpro)活性，從而抑制SARS-CoV。在抗SARS-CoV和HCoV-OC43研究中，大黃素以劑量依賴方式顯著阻斷SARS-CoV刺突蛋白和ACE2結(jié)合，抑制3a離子通道，阻止新生CoVs釋放[23]。結(jié)構(gòu)-活性表明，蒽醌的側(cè)鏈而非蒽醌的骨架，是抑制刺突蛋白和ACE2結(jié)合的關(guān)鍵[24]。

2.3 萜及其苷類

從藥用植物中分離的萜類化合物，由于其對SARS-CoV具有特異性的體外抗病毒作用，已引起研究者的極大的關(guān)注[25]。

三萜類化合物可以抑制埃博拉病毒、馬爾堡病毒、艾滋病病毒和甲型流感病毒的入侵，有獨特的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系[26]。這些活性化合物通過包裹病毒包膜中普遍存在的七肽重復(fù)區(qū)2，調(diào)節(jié)多種病毒-宿主融合功能。

柴胡皂苷是一組齊墩烷三萜類衍生物，通常以葡萄糖苷形式存在于柴胡屬藥用植物中。柴胡皂苷A、B2、C和D表現(xiàn)出抗HCoV-229E活性，其中最強(qiáng)的是B2(圖1(4))可阻斷HCoV-229E的附著和滲透，可能成為一種潛在的SARS-CoV感染化學(xué)預(yù)防劑[27]。

甘草的成分包括三萜，如甘草甜素或甘草酸苷(圖1(5))，有高的抗病毒和體外抑制SARS-CoV活性[28]。Yang等[15]報道，香椿中的柴胡皂苷和甘草酸苷，通過抑制病毒的吸附、滲透和進(jìn)入，具有強(qiáng)的抗SARS-CoV作用。七葉樹是一種在中國、日本和韓國發(fā)現(xiàn)的藥用植物，其種子中含有一種天然皂苷escins(圖1(6))，對SARS-CoV有較強(qiáng)的抑制作用[29]。三萜烯樺木素和樺木酸，是樺木屬植物的主要抗病毒成分，抑制HIV融合與抑制HIV成熟。甲醇提取物對牛CoVs具有抗病毒活性[30]。藥用擔(dān)子菌靈芝，含有靈芝酸F，一種羊毛甾烷三萜，作為ACE2受體抑制劑，有強(qiáng)的抗SARS-CoV作用[31]。

3CLpro對SARs-CoV的復(fù)制至關(guān)重要[32]。雷公藤皮甲醇提取物顯著抑制SARS-CoV 3CLpro活性，其活性化合物為4種甲基醌類三萜衍生物，活性最強(qiáng)的伊圭甾醇(圖1(7))，對SARS-CoV 3CLpro的IC50值為2.6 μM[33]。

穿心蓮內(nèi)酯(圖1(8))是植物穿心蓮中極苦的烷型二萜，分子對接研究表明，可有效結(jié)合SARS-CoV-2 3CLpro位點，該分子遵循利平斯基規(guī)則，有望成為SARS-CoV-2抑制劑[34]。

二萜醌類隱丹參酮(圖1(9))是丹參的主要活性成分，具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎、抗菌等活性，對SARS-CoV 3CLpro和PLpro有強(qiáng)的抑制作用[35]。從紅藻中分離出的三萜(thyrsiferol、thyrsiferol acetate, venustatriol)對CoVs有抑制作用[36]。天然產(chǎn)物活性化合物結(jié)構(gòu)詳見圖1。

圖1 天然產(chǎn)物活性化合物結(jié)構(gòu)

2.4 多酚類和芳香化合物

許多天然多酚具有抗氧化、抗病毒活性。天然類黃酮(圖1)，如楊梅素(圖1(10))、槲皮素(圖1(11))、木犀草素(圖1(12))、柚皮苷、橙皮素(圖1(13))、姜黃素(圖1(14))、芹黃素和表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯(EGCG) (圖1(15))，是人類飲食中豐富的多酚類物質(zhì)，常以糖苷或?；擒沾嬖谟谒褪卟酥?。

楊梅素能抑制CoVs解旋酶nsP13，已被用于抗CoVs[37]。木犀草素和槲皮素干擾病毒對宿主細(xì)胞的吸附。槲皮素、橙皮素和楊梅酮及其糖基化的衍生物，抑制SARS-CoV進(jìn)入宿主細(xì)胞，除了抑制脂肪酸合酶，還能與刺突蛋白、解旋酶、蛋白酶、ACE受體高親和力結(jié)合，發(fā)揮強(qiáng)抗CoVs作用[38]。

槲皮素以糖苷配基高濃度存在于洋蔥中，對包膜病毒如門果病毒、單純皰疹病毒、副流感病毒3型、偽狂犬病病毒、呼吸道合胞體病毒和辛德畢斯病毒，有殺病毒活性[39]。槲皮素能夠抑制溶酶體膜的H+- ATP酶，阻止病毒脫殼與病毒復(fù)制，并競爭性抑制SARS-CoV 3CLpro[40]。芹黃素、木犀草素、槲皮素和姜黃素抑制SARS-CoV 3CLpro活性的IC50值分別為280.8、20.2、23.8和 23.5 μM[33,41]。紅茶中的3種酚類化合物鞣酸、3-異茶黃素-3-沒食子酸酯和茶黃素-3,3′-二戊酸酯，對SARS-CoV 3CLpro的IC50分別為3、7和9.5 μM[42]。

芪類是具有均二苯乙烯母核的多酚類衍生物，芪類白藜蘆醇(圖1(16))廣泛存在于不同的植物中，包括葡萄、桑葚、花生、虎杖和蔓越莓等[43]?？勺柚笻IV和SARS-CoV等多種病毒感染[44]，是SARS-CoV和MERS-CoV有效體外抑制劑，可能成為抗新型HCoVs藥物[43]。

用于治療SARS的中草藥復(fù)方，抑制SARS-CoV進(jìn)入和復(fù)制各過程的活性多酚有：兒茶素、草質(zhì)素、異補骨脂查爾酮(圖1(17))、黃芩苷(圖1(18))、山柰酚衍生物、木樨草素、楊梅素、槲皮素、姜黃素、漆樹苷、野黃芩素等[15]。

由金銀花、柴胡、連翹、黃芪和黨參等植物組成的金柴中藥膠囊，主要有效成分綠原酸和黃芩苷[45]，能削弱病毒對細(xì)胞的吸附，阻斷與降低SARS-CoV感染周圍組織[46]。紅茶多酚表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)抑制牛CoVs增殖，干擾CoVs對Madin-Darby牛腎細(xì)胞的吸附[47]。榧樹是亞洲的傳統(tǒng)藥用植物，其活性化合物阿曼托黃酮(圖1(19))有良好的SARS-CoV 3CLpro抑制活性[41]。香葉基黃酮A-E，從泡桐中分離得到，能降低促炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β和α腫瘤壞死因子[48]，有助于緩解許多SARS-CoV-2患者出現(xiàn)的多系統(tǒng)炎癥綜合征。

中草藥中的肉桂，常用作香料，是治療普通感冒、胃腸道感染、癌癥、慢性心血管疾病和婦科疾病的主要成分。研究發(fā)現(xiàn)，肉桂中肉桂醛等芳香類精油(圖1(20))，通過內(nèi)吞作用阻斷病毒附著與進(jìn)入，抑制野生型SARS-CoV感染[49]。

2.5 生物堿

生物堿是藥用植物中重要的含氮堿性有機(jī)活性成分之一。小檗堿(圖1(21))又稱黃連素，是一種低毒季銨型異喹啉類生物堿，存在于小檗、黃連、黃柏、白屈菜等中，廣泛用于抗炎、抗病毒、治療糖尿病與抗腫瘤等。小檗堿抗CoVs感染，通過抑制NF-κB信號通路，阻止CoVs RNA合成、組裝與釋放[50]。高三尖杉堿(圖1(22))，是植物三尖杉抗腫瘤生物堿之一，于2012-10月獲美國FDA批準(zhǔn)用于治療成人慢性髓性白血病。據(jù)報道，高三尖杉堿對豬流行性腹瀉病毒、鼠肝炎病毒等CoVs具有較強(qiáng)的抑制活性[51]，對SARS-CoV-2 EC50為2.10 μM[52]。石蒜中的石蒜堿(圖1(23))，對脊髓灰質(zhì)炎病毒和單純皰疹病毒有抗病毒活性，對SARS-CoV也有效[53]。娃兒藤生物堿包括菲駢吲哚里西啶(圖1(24))和菲駢喹諾里西啶，已被鑒定為腸病原性CoVs傳播性胃腸炎病毒(TGEV)的強(qiáng)效體外抑制劑，具有抗HCoV活性[54]?？寡缀涂鼓[瘤的雙芐異喹啉生物堿(圖1(25))，作為免疫調(diào)節(jié)劑，能抑制HCoV-OC43 刺突和核衣殼蛋白的表達(dá)[55]。Dercitin是一種從海綿動物中分離出來的吖啶生物堿，抑制CoVs A59 EC50為1.8 μM。Mycalamides A和B，蛋白質(zhì)合成抑制劑和從海綿分離出的抗病毒化合物，也能抑制CoVs A59[56]。

2.6 其 他

從黃芪中提取的多糖已被廣泛用于抗病毒增強(qiáng)免疫劑，補充黃芪多糖可以抑制禽CoVs的復(fù)制[57]。

黑芥子苷(圖1(26))是一種硫代葡萄糖苷類化合物，廣泛存在于十字花科蔬菜中，如球芽甘藍(lán)、西蘭花和黑芥菜。2002/2003年，我國用板藍(lán)根輔助治療SARS，其活性β-谷甾醇、黑芥子苷和靛藍(lán)，有抗SARS-CoV 3CLpro活性[32]。細(xì)指蟾酮(圖1(27))，一種從石椒草屬中分離出來的香豆素衍生物，對SARS-CoV有抗病毒活性[58]。

紫錐菊是一種多年生草本植物，原產(chǎn)于美洲。主要包括咖啡酸類及其衍生物、烷基酰胺類化合物、多糖及糖蛋白、揮發(fā)油等活性化合物，以劑量依賴的方式降低HCoV-229E與MERS-CoV的傳染性。補充維生素D可以降低SARS-CoV-2感染和死亡的風(fēng)險[60]。

一些藻類和海綿動物也有較強(qiáng)的抗病毒活性，如螺旋藻富含蛋白質(zhì)、維生素、必需氨基酸、礦物質(zhì)和必需脂肪酸如γ-亞麻酸等，有增強(qiáng)SARS-CoV患者免疫能力，抑制炎癥因子等作用[61]。

3 結(jié) 論

SARS-CoV-2是一種致命的傳染病毒，從藥用植物和其他天然產(chǎn)物中尋找抗SARS-CoV-2活性化合物如多酚、生物堿、萜類、植物蛋白與糖苷等，是唾手可得的成果，這為抗SARS-CoV-2藥物的研究提供了有希望的途徑。同時，在飲食營養(yǎng)中注重天然活性成分的攝入，對提高自身免疫力，預(yù)防病毒感染，十分重要。